Стоимость металла и условия применения алюминиевых сплавов в конструкциях различного назначения

Эффективность применения алюминиевых сплавов определяется прежде всего соотношением оптовых цен на профили из алюминиевых сплавов и стали. В настоящее время это соотношение составляет { по отношению к стали Ст.3 } для листов 9—12, для прессованных профилей { уголков, тавров и швеллеров } 9—16, для труб 10—15.

При определении стоимости конструкции в деле следует учитывать трудоемкость и стоимость изготовления, монтажа, а также стоимость транспортирования.

Трудоемкость изготовления 1 т конструкций из алюминиевых сплавов увеличивается по сравнению с удельной трудоемкостью изготовления конструкций из стали за счет увеличения объемов работ по резке, образованию отверстий, сборке, сварке и клепке в связи с разницей в объемном весе. Увеличиваются также и трудозатраты на монтаже из-за возрастания количества монтажных элементов.

Стоимость транспортирования также несколько увеличивается за счет уменьшения коэффициента использования грузоподъемности железнодорожного состава.

Соотношение стоимости 1 т конструкций в деле равно:

$$\alpha = \frac { C\_ { { \it ал } } + U\_ { { \it ал } } + T\_ { { \it ал } } + M\_ { { \it ал } } } { C\_ { { \it ст } } + U\_ { { \it ст } } + T\_ { { \it ст } } + M\_ { { \it ст } } } = \frac { \beta C\_ { { \it ст } } + K\_ { { \it с.и } } U\_ { { \it ст } } + K\_ { { \it тр } } T\_ { { \it ст } } + K\_ { { \it с.м } } M\_ { { \it ал } } } { C\_ { { \it ст } } + U\_ { { \it ст } } + T\_ { { \it ст } } + M\_ { { \it ст } } } \tag { 16 }$$

где

• $C\_ { { \it ст } } ,~ C\_ { { \it ал } } ,~ U\_ { { \it ст } } ,~ U\_ { { \it ал } } ,~ T\_ { { \it ст } } ,~ T\_ { { \it ал } } ,~ M\_ { { \it ст } } ,~ M\_ { { \it ал } }$ — стоимость металла, изготовления, транспортирования и монтажа соответственно стали и алюминиевых сплавов;

• $\beta,~ K\_ { { \it с.и } } ,~ K\_ { { \it тр } } ,~ K\_ { { \it с.м } }$ — коэффициенты удорожания стоимости металла, изготовления, транспортирования и монтажа.

Как показывает опыт, трудоемкость изготовления конструкций из алюминиевых сплавов возрастает не только из-за упомянутой выше разницы в объемах работ на 1 т, но и за счет операций, присущих только этому металлу, — расконсервации, очистке и т. п.

Даже на лучших заводах удельная трудоемкость изготовления конструкции из алюминиевых сплавов остается весьма высокой — в 5—6 раз выше, чем стальных конструкций. Трудозатраты на монтаже возрастают примерно в 3—4 раза. Необходимо, конечно, иметь в виду отсутствие опыта изготовления и монтажа конструкций из алюминиевых сплавов; по-видимому, в дальнейшем по мере освоения следует ожидать снижения затрат труда на большинстве технологических операций.

Учитывая, что стоимость изготовления и монтажа не пропорциональна трудоемкости этих операций, в расчетах на перспективу можно принять коэффициенты увеличения стоимости равными: $K'\_ { { \it с.и } } =3$ и $K'\_ { { \it с.м } } =2$, т. е. несколько ниже, чем оцениваются эти величины в настоящее время при отсутствии опыта изготовления конструкций из алюминиевых сплавов. Полагая $K'\_ { { \it тр } } =1,3$, найдем, что отношение стоимости алюминиевых конструкций в деле к стальным получается более 6.

Снижение веса при применении алюминиевых сплавов взамен стали может быть определено по формулам, аналогичным формулам { 1 } - { 4 } :

$$\alpha\_ { { \it р } } = \frac { G^ { { \it р } } \_ { { \it ал } } } { G^ { { \it р } } \_ { { \it ст } } } = \frac { \psi\_ { { \it ал } } \gamma\_ { { \it ал } } R\_ { { \it ст } } (p+g\_ { { \it ал } } ) } { \psi\_ { { \it ст } } \gamma\_ { { \it ст } } R\_ { { \it ал } } (p+g\_ { { \it ст } } ) } ; \tag { 17 }$$

сжатые элементы

$$\alpha\_ { { \it с } } = \frac { G^ { { \it с } } \_ { { \it ал } } } { G^ { { \it с } } \_ { { \it ст } } } = \frac { \psi\_ { { \it ал } } \gamma\_ { { \it ал } } \varphi\_ { { \it ст } } R\_ { { \it ст } } (p+g\_ { { \it ал } } ) } { \psi\_ { { \it ст } } \gamma\_ { { \it ст } } \varphi\_ { { \it ал } } R\_ { { \it ал } } (p+g\_ { { \it ст } } ) } ; \tag { 18 }$$

внецентренно сжатые элементы

$$\alpha\_ { { \it вн, с } } = \frac { G^ { { \it вн } } \_ { { \it ал } } } { G^ { { \it вн,с } } \_ { { \it ст } } } = \frac { \psi\_ { { \it ал } } \gamma\_ { { \it ал } } \varphi\_ { { \it вн.ст } } R\_ { { \it ст } } (p+g\_ { { \it ал } } ) } { \psi\_ { { \it ст } } \gamma\_ { { \it ст } } \varphi\_ { { \it вн.ал } } R\_ { { \it ал } } (p+g\_ { { \it ст } } ) } ; \tag { 19 }$$

изгибаемые элементы

$$\alpha\_ { { \it и } } = \frac { G^ { { \it и } } \_ { { \it ал } } } { G^ { { \it и } } \_ { { \it ст } } } = \frac { \psi\_ { { \it ал } } \gamma\_ { { \it ал } } } { \psi\_ { { \it ст } } \gamma\_ { { \it ст } } } \sqrt[3] { \frac { R^2\_ { { \it ст } } (p+g\_ { { \it ал } } )^2 } { R^2\_ { { \it ал } } (p+g\_ { { \it ст } } )^2 } } . \tag { 20 }$$

Обозначения в формулах { 17 } — { 20 } аналогичны обозначениям в формулах { 1 } — { 4 } .

Таким образом, на размер экономии влияет отношение объемных весов, расчетных сопротивлений стали и алюминиевых сплавов, нагрузок, а также строительных коэффициентов, величина которых может быть неодинаковой { при более высоких расчетных сопротивлениях алюминиевых сплавов она будет выше, и наоборот } . В сжатых элементах экономия снижается из-за более низкого модуля упругости алюминиевых сплавов и, следовательно, более низких, чем у стали, величин коэффициентов продольного изгиба $\varphi$.

Величина коэффициентов снижения веса а определена без учета влияния нагрузки от собственного веса и разницы в строительных коэффициентах при среднем значении гибкости $\lambda=40$ { табл. II.7 } .

Для конструкций больших пролетов, где влияние нагрузки от собственного веса значительно, величина коэффициентов будет меньше. Вместе с тем максимальное отношение веса стальных конструкций к весу конструкций из алюминиевых сплавов даже при больших пролетах не превышает величину 3,5—4. Таким образом, применение алюминиевых сплавов в несущих конструкциях связано с увеличением стоимости в деле. Сравнивать конструкции из алюминиевых сплавов и сталей более правильно по приведенной стоимости с учетом эксплуатационных затрат и капиталовложений. Однако и в этом случае при существующих ценах конструкции алюминиевых сплавов в несущих элементах будут, как правило, дороже стальных.

Использование алюминиевых сплавов в ограждающих конструкциях и в конструкциях, совмещающих ограждающие и несущие функции { кровля из алюминия по стальным прогонам, кровельные и стеновые панели } , является оправданным. Происходит это, как показали многочисленные исследования, в связи со значительным уменьшением нагрузок на несущие конструкции { фермы и колонны } и более длительным сроком службы ограждающих конструкций из алюминиевых сплавов по сравнению с конструкциями из железобетона, стали, асбофанеры.

Алюминиевые сплавы могут применяться также для оконных переплетов и витражей, где в связи с долговечностью этих конструкций по сравнению с деревянными и стальными они оказываются более экономичными, несмотря на некоторое увеличение первоначальных затрат.

Рационально также применять алюминиевые сплавы для подвижных конструкций { кранов-перегружателей, мостовых кранов, разводных мостов } , в которых проблема снижения веса наиболее существенна.